智能裝試生產(chǎn)線設(shè)計方法的研究與應(yīng)用

張敏濤，楊 恒，孫 江

（航空工業(yè)慶安集團有限公司，陜西 西安 710077）

1 引言

以某航空液壓產(chǎn)品的智能裝配試驗生產(chǎn)線為例，從項目方案設(shè)計到項目實施應(yīng)用，整理形成了一整套較為完整的智能柔性生產(chǎn)線設(shè)計理論，對航空產(chǎn)品裝配試驗生產(chǎn)線的建設(shè)具有一定的借鑒意義。智能裝配試驗生產(chǎn)線主要功能如圖1所示。

圖1 智能裝配試驗生產(chǎn)線主要功能

2 生產(chǎn)線設(shè)計理念

航空液壓產(chǎn)品具有多品種小批量、齊套節(jié)點晚、生產(chǎn)過程不透明、臨時插單多、產(chǎn)品線下作業(yè)多（斷點多）、以推式生產(chǎn)為主及生產(chǎn)準(zhǔn)備時間長的特點，很難直接復(fù)制汽車、3C等行業(yè)單件流水的生產(chǎn)作業(yè)模式。

針對航空液壓產(chǎn)品多品種小批量的特點，研究設(shè)計相應(yīng)的生產(chǎn)線建設(shè)流程，航空智能柔性裝試生產(chǎn)線設(shè)計理念主要包括四方面內(nèi)容。

2.1 規(guī)劃主導(dǎo)思想

以智能化、數(shù)字化和柔性化為主導(dǎo)思想，不過分強調(diào)自動化；以任務(wù)平衡、能力平衡和資源平衡為主導(dǎo)思想，不過分強調(diào)節(jié)拍生產(chǎn)；以智能管控系統(tǒng)為建線核心，排產(chǎn)、線上、線下等作業(yè)信息由管控系統(tǒng)進行自適應(yīng)管理。

2.2 具體規(guī)劃原則

以能力平衡作為裝試生產(chǎn)線的基本設(shè)計理念；以智能立體庫為依托，實現(xiàn)線上物料的透明管理；以自動化工藝裝備為依托，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化改進；通過各類傳感器，實時自動采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)并進行分析；設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模塊化轉(zhuǎn)臺，兼容不同型號產(chǎn)品的擴型生產(chǎn)。

2.3 設(shè)計目標(biāo)

航空智能柔性裝試生產(chǎn)線能力平衡的核心思想：利用信息化系統(tǒng)，結(jié)合實際配套情況、技術(shù)狀態(tài)、生產(chǎn)計劃等因素，對人員、任務(wù)、物料及進度進行動態(tài)調(diào)度，保證生產(chǎn)線一直處于一定的負荷，盡量消除空載和滿載兩種極限狀態(tài)之間的空檔期，智能裝配試驗生產(chǎn)線主要設(shè)計目標(biāo)如圖2所示。

圖2 智能裝配試驗生產(chǎn)線主要設(shè)計目標(biāo)

2.4 主要做法

1）精益化布局設(shè)計。生產(chǎn)車間精益化布局設(shè)計、精益化布局改進、分區(qū)劃分及模組化單元化工作站設(shè)計，提升物料流轉(zhuǎn)率。

2）物配送效率有效提升。配套智能立庫，物流傳輸系統(tǒng)、智能配送AGV，配餐式設(shè)計，保證物料自動配送，結(jié)合現(xiàn)代化手段把人機結(jié)合起來，最大化提升生產(chǎn)效率。

3）裝配模式革新，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。降低工藝難度，減少人工，提升生產(chǎn)效率由單人一站到底轉(zhuǎn)換為多人協(xié)同作業(yè)，節(jié)拍化設(shè)計，同時通過電子示教，降低裝配工藝流程難度，提升生產(chǎn)效率。

4）自動化工藝裝備效能提升。通過RFID、掃碼、工裝防錯防呆等手段，降低產(chǎn)品零件混裝、裝錯、通過視覺及電子測量技術(shù)提升產(chǎn)品檢驗質(zhì)量的提升。

5）生產(chǎn)管理信息化提升。通過信息化追溯系統(tǒng)平臺、RFID、掃碼追溯及電子工位看板實現(xiàn)產(chǎn)品過程透明化、可追溯性。

6）工廠車間實現(xiàn)精益化管理。通過數(shù)字化精益布局，智能物流配送系統(tǒng)及信息化管理，智能物流實現(xiàn)精益化工廠管理。

3 某航空柔性裝試生產(chǎn)線設(shè)計方案

3.1 整體設(shè)計方案規(guī)劃

某航空柔性智能裝配試驗室生產(chǎn)線利用先進制造技術(shù)，建立具有高智能、高可靠性、高柔性，以及高度信息化和可視化的生產(chǎn)線[1]。某智能裝配試驗生產(chǎn)線布局示意圖如圖3所示。某航空柔性智能裝試生產(chǎn)線主要設(shè)計理念見表1。

表1 某航空柔性智能裝試生產(chǎn)線主要設(shè)計理念

圖3 某智能裝配試驗生產(chǎn)線布局示意圖

整條生產(chǎn)線依據(jù)工藝邏輯順序，按照脈動式節(jié)拍化生產(chǎn)[2]。一方面，物料上線集中配餐，定時、定點、定量，按照工藝邏輯關(guān)系依次進行生產(chǎn)；另一方面，通過建立產(chǎn)線級的信息化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行過程可視化與動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)有序、透明化管理。

3.2 生產(chǎn)線整體物流規(guī)劃

1）生產(chǎn)物料齊套后，按照部裝/總裝的物料要求，放入相應(yīng)的形跡模板中；

2）形跡托盤掃碼登記后進入立體庫，通過AGV將部裝物料送至部裝工位；

3）總裝物料則通過輸送線配送至相應(yīng)總裝工位，并在線上進行流轉(zhuǎn)；

4）部裝工位完成的成品放置線邊進行臨時緩存，為總裝工位提供物料；

5）成品區(qū)配置懸臂吊+吊具，人工吊裝產(chǎn)品下線，并打包緩存至線邊料架。

3.3 智能立體倉儲

1）用途：存儲齊套后的帶形跡板的料盒及產(chǎn)品存儲；

2）工位類型：自動工位；

3）配穿梭車+貨架單元；

4）配一體機、HMI、三色燈、按鈕盒及顯示屏。

3.4 AGV及傳送帶配送系統(tǒng)

1）部裝區(qū)域物料流轉(zhuǎn)采用AGV搬運流轉(zhuǎn)，物流順暢，柔性化設(shè)計；

2）總裝裝配線采用積放式鏈條輸送系統(tǒng)進行物料傳輸，模組化連接，固定節(jié)拍，流水作業(yè)。

3.5 裝配工位

裝配單站為操作者進行裝配任務(wù)提供平臺[3]，裝配單站上集成輔助裝配設(shè)備、電源插座、LED照明、工位器具掛板、終端看板、人機界面及掃碼槍，是集裝配及信息化一體工作平臺。針對不同的裝配工藝需求，采用多種防錯手段，快速高效進行人機協(xié)作工作。

3.6 試驗臺自動化上下料

借鑒機床的單機自動化改造方案，利用機器人、零點定位及液壓升降等裝置實現(xiàn)產(chǎn)品自動上下料，大幅縮短裝卸時間，減少人力資源需求，提高測試效率。磨合試驗臺單機自動化的改造主要包括以下四個方面。

1）建立工裝預(yù)調(diào)站輔助人員安裝，提高隨行夾具安裝效率；

2）增加機器人，實現(xiàn)一“人”多機減少人工搬運；

3）增加零點定位系統(tǒng)，實現(xiàn)工裝安裝定位的自動化；

4）通過液壓升降裝置，兼容不同系列產(chǎn)品的快速定位。

3.7 數(shù)據(jù)追溯策略

信息的追溯流程采用產(chǎn)線MES追溯產(chǎn)品信息工位布置掃碼槍，及CCD 2D視覺拍照識別產(chǎn)品信息，對比MES數(shù)據(jù)，判斷產(chǎn)品操作步驟產(chǎn)品流轉(zhuǎn)托盤采用RFID識別，產(chǎn)品碼信息與托盤信息綁定，一一對應(yīng)MES不參與產(chǎn)線控制，只參與信息管理，產(chǎn)品生產(chǎn)更靈活，產(chǎn)線可獨立生產(chǎn)控制[4]。

3.8 信息化管控系統(tǒng)

1）建立基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備集成。①對于車間現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，基于SCADA建立統(tǒng)一工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，通過聯(lián)網(wǎng)項目將現(xiàn)場獨立的或者局部聯(lián)網(wǎng)的控制設(shè)備連接入工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)對設(shè)備的統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)交互，使得整個生產(chǎn)制造過程更加透明，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。②為數(shù)字化工廠建設(shè)提供安全穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)支持。

隨著西方資本主義工業(yè)經(jīng)濟的日漸興起，商品在世界范圍內(nèi)流通的要求逐漸增強，客觀形勢的發(fā)展要求清政府審時度勢，正確處理國際事務(wù)，廣開貿(mào)易渠道。但是，由于清政府對世界形勢茫然無知，對發(fā)展海外貿(mào)易缺乏足夠的認識和判斷，加之頑固保守思想根深蒂固，導(dǎo)致閉關(guān)鎖國政策的出臺。清朝閉關(guān)政策主要表現(xiàn)在限制商品出口、限制外商活動、對外國商船實施“引水”(領(lǐng)港)制度及實行行商制度等。

2）建立集中生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。①建立產(chǎn)線級和車間級的生產(chǎn)監(jiān)控平臺，實現(xiàn)對生產(chǎn)信息、物料、設(shè)備狀態(tài)、人員及能源等實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控與采集。使每一個相關(guān)部門都能了解生產(chǎn)實時狀態(tài)，統(tǒng)一管理。②在集中監(jiān)控的基礎(chǔ)上，加強對設(shè)備管理的效率，能夠使維修人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題，快速響應(yīng)與處理故障。

3）規(guī)范數(shù)據(jù)互連接口。①對車間設(shè)備劃分種類，對每一類設(shè)備類型定義符合工廠實際的數(shù)據(jù)互連接口，要求供應(yīng)商按照標(biāo)準(zhǔn)化接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)互連，便于未來擴展與管理。②SCADA系統(tǒng)與上層信息系統(tǒng)如MES實現(xiàn)交互。一方面下達上層系統(tǒng)的指令到設(shè)備，另一方面采集設(shè)備的數(shù)據(jù)，將上層系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)傳送給上層系統(tǒng)。

3.9 典型工藝裝備

在生產(chǎn)線的建設(shè)過程中，結(jié)合產(chǎn)品典型工藝需求，對現(xiàn)有工藝方法進行改進，采用了大量的新工藝、新裝備，進一步提升生產(chǎn)過程質(zhì)量，具有較強推廣意義。典型工藝裝備清單見表2。

表2 典型工藝裝備清單

此外，生產(chǎn)線還包括標(biāo)牌彎折機、鋼球自動清點機、鋁絲自動鉚接機及軸承跳動量檢測裝置等共計52項工藝改進裝備的設(shè)計與應(yīng)用，助力產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的大幅提升。

4 項目建設(shè)效果及意義

1）提高生產(chǎn)效率?；跉v史經(jīng)驗的排產(chǎn)，保障物料齊套性，通過合理的生產(chǎn)計劃，優(yōu)化工藝布局，盡可能實現(xiàn)單件流和快速響應(yīng)生產(chǎn)異常，提升設(shè)備自動化水平，從而提高生產(chǎn)效率。

2）提高產(chǎn)品質(zhì)量。通過智能在線檢測技術(shù)、關(guān)鍵件全生命周期管控技術(shù)、形跡料盒追溯，以及Andon與異常控制技術(shù)，實現(xiàn)全流程的質(zhì)量過程管控，通過智能裝備保證生產(chǎn)的一致性。

3）降低生產(chǎn)成本。通過優(yōu)化產(chǎn)品制造工藝設(shè)計流程，實時精細化管理，不斷改善，提高裝配過程自動化程度，降低操作者勞動強度，提升資源效率和利用率，降低庫存水平，減少在制品堆積，全面降低生產(chǎn)成本。

5）創(chuàng)造核心價值。生產(chǎn)線設(shè)將引入領(lǐng)先的裝配流程與理念，實現(xiàn)設(shè)計工藝一體化，提升產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性，打造企業(yè)核心價值。

6）實現(xiàn)全流程，全價值鏈的精益化閉環(huán)管理。推動工廠組織架構(gòu)，生產(chǎn)方式等管理模式的深層次變革。